二进制中子星合并的中子子观测与质量测量前景

在接下来的十年里，预计在 Hyper-Kamiokande 中将探测到约 $100$ 个扩散超新星中子子背景 (DSNB) 事件。另一种已被注意到的中子子来源相对鲜少关注的是二进制中子星合并。我们将包括最近模拟数据后发现，当前和近期未来的中子子实验无法实现探测，需构建具有约 $10$ 米莫能量阈值的巨吨级探测器，如拟议的 Deep-TITAND、MEMPHYS 或 MICA，方能实现探测。这源于更新后的中子星合并率以及中子子质量非零导致的时间飞行延迟。前者方面，来自 LIGO、Virgo 和 KAGRA的最新结果显著降低了中子星合并率的上限。后者方面，预计中子星合并的中子子事件将在引力波信号之后短时间内记录。将分析限制在此类短时间窗口内可显著降低背景率。虽然该方法在文献中已有定性讨论，但因中子子质量导致的时间延迟效应尚未被考虑在内。我们提出了采用能量相关时间窗口和合并距离截断进行的改进分析，并给出实际的探测器运行时间估计，以在小背景噪声下记录二进制中子星合并的中子子事件。中子子与引力波信号之间的相对时序也可用于探测中子子质量的尺度。我们发现，对最轻中子子质量的灵敏度已超过 KATRIN 获得的最严格的陆地限制，以及基于银河超新星的项目预测值。这一灵敏度水平可能在未来若陆地和超新星限制未显著改善时尤为相关。